第1節(jié) 光的干涉

第5章

光的干涉、衍射和偏振第1節(jié)光的干涉

一、光的干涉及其產(chǎn)生條件1．填一填(1)雙縫干涉：將一束激光照射到

上，光通過雙縫后照射到光屏上，可觀察到屏上出現(xiàn)

。(2)干涉條件：兩列光波必須具有相同的

和

。(3)光的干涉說明光具有

的特性。雙縫明暗相間的條紋頻率振動方向波2．判一判(1)直接用強(qiáng)光照射雙縫，發(fā)生干涉。

()(2)若用白光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋。

()(3)若用單色光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋。

()××√3．想一想(1)為什么使用雙縫才能觀察到光的干涉現(xiàn)象？(2)兩支手電筒射出的光在空間相遇，能否觀察到光的干涉現(xiàn)象？

提示：(1)因?yàn)槔秒p縫獲得的兩列光是同一光源發(fā)出的具有相同的頻率和振動方向，符合干涉條件，才能觀察到干涉現(xiàn)象。 (2)不能。兩只手電筒射出的光束在空間相遇，不滿足光發(fā)生干涉的條件，不能觀察到光的干涉現(xiàn)象。整數(shù)倍±nλ亮條紋奇數(shù)倍暗條紋波長雙縫間距離雙縫到光屏nl2．判一判(1)兩列光波的路程差為半波長的整數(shù)倍時為暗條紋。

()(2)雙縫間距越大，條紋間距越大。

()(3)波長越長，條紋間距越大。

()××√3．選一選在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果

(

)A．用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋B．用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋C．若僅將入射光由紅光改為紫光，則條紋間距一定變大D．用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋解析：用白光做楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋，A錯；用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅色亮條紋與暗條紋(即黑條紋)相間，B對；λ變小，Δy變小，C錯；紅光和紫光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉條紋，D錯。答案：B

三、薄膜干涉及其應(yīng)用1．填一填(1)定義

由薄膜兩個面

的光波相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象稱為薄膜干涉。(2)應(yīng)用

①檢查平面的

。

②作為光學(xué)鏡頭上的

。2．判一判(1)白光照射肥皂液膜，由于干涉現(xiàn)象會形成彩色條紋。

()(2)肥皂膜上的干涉條紋是豎直排列的。

()(3)應(yīng)用薄膜干涉可以檢查平面的平整程度。

()反射平整程度增透膜√×√3．選一選

如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，P是附有肥皂膜的鐵絲圈，S是一點(diǎn)燃的酒精燈。往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖樣應(yīng)是(

)

解析：薄膜豎直放置，上端薄，下端厚，同一水平位置的薄膜的厚度相同，出現(xiàn)的干涉條紋應(yīng)是水平的，故選項(xiàng)D正確。

答案：D探究(一)

探究雙縫干涉現(xiàn)象[問題驅(qū)動]如圖所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的示意圖。(1)單縫的作用是什么？(2)雙縫的作用是什么？提示：(1)用同一極小部分光源產(chǎn)生的光形成點(diǎn)光源，最大限度地保證光的相干性。(2)平行光照射到單縫S上后，又照到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光。

在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用頻率ν＝5×1014Hz的單色光照射雙縫，若屏上P點(diǎn)到雙縫距離之差為0.9μm，則P點(diǎn)將出現(xiàn)________條紋。若將整個裝置放入折射率n＝2的介質(zhì)中進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，則P點(diǎn)將出現(xiàn)________條紋。雙縫干涉中明暗條紋的判斷方法(1)判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長的比值。(2)要記?。郝烦滩畹扔诓ㄩL整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋；等于半波長奇數(shù)倍處為暗條紋。(3)上述結(jié)論成立的條件是：兩個光源情況完全相同。(多選)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，綠光通過單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫S的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋。屏上O點(diǎn)距雙縫S1和S2的距離相等，P點(diǎn)出現(xiàn)距O點(diǎn)最近的第一條亮條紋。如果將入射的單色光換成紅光或藍(lán)光，已知紅光波長大于綠光波長，綠光波長大于藍(lán)光的波長，討論屏上O點(diǎn)及其上方的干涉條紋的情況正確的是

(

)A．在O點(diǎn)出現(xiàn)紅光的亮條紋B．紅光的第一條亮條紋出現(xiàn)在P點(diǎn)的上方C．在O點(diǎn)不出現(xiàn)藍(lán)光的亮條紋D．藍(lán)光的第一條亮條紋出現(xiàn)在P點(diǎn)的上方[解析]

由于O點(diǎn)到雙縫的光程差為零，所以在O點(diǎn)出現(xiàn)各種單色光的亮條紋，在P點(diǎn)出現(xiàn)綠光的第一條亮條紋，因?yàn)棣思t>λ綠>λ藍(lán)，所以紅光條紋間距大于綠光條紋間距，綠光條紋間距大于藍(lán)光條紋間距，A、B正確，C、D錯誤。[答案]

AB[素養(yǎng)訓(xùn)練]1. 如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀察到干涉條紋，要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以

(

)A．撤去雙縫 B．將綠光換為藍(lán)光C．將綠光換為紅光

D．將綠光換為紫光解析：撤去雙縫不能獲得干涉圖樣，為使條紋間距更大，應(yīng)將綠光換為波長更長的紅光，故C正確。答案：C

2．在圖示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光源S到縫S1、S2距離相等，P0為S1S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)。用波長為400nm的光實(shí)驗(yàn)時，光屏中央P0處呈現(xiàn)中央亮條紋(記為第0條亮條紋)，P處呈現(xiàn)第3條亮條紋。當(dāng)改用波長為600nm的光實(shí)驗(yàn)時，P處將呈現(xiàn)

(

)A．第2條亮條紋 B．第3條亮條紋C．第2條暗條紋 D．第3條暗條紋3. 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的截面圖如圖所示。光源S到S1、S2的距離相等，O點(diǎn)為S1、S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)。光源S發(fā)出的波長為λ的光，經(jīng)S1出射后垂直穿過玻璃片傳播到O點(diǎn)，經(jīng)S2出射后直接傳播到O點(diǎn)，由S1到O點(diǎn)與由S2到O點(diǎn)，光傳播的時間差為Δt。玻璃片厚度為10λ，玻璃對該波長光的折射率為1.5，空氣中光速為c，不計光在玻璃片內(nèi)的反射。以下判斷正確的是(

)探究(二)

薄膜干涉的原理和應(yīng)用[問題驅(qū)動]在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發(fā)出明亮的黃光。把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜。如圖所示，把這層液膜當(dāng)作一個平面鏡，用它觀察燈焰的像。這個像與直接看到的燈焰有什么不同？提示：像上出現(xiàn)明暗相間的條紋。

[重難釋解]1．薄膜干涉的成因如圖所示，豎直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，從膜的前、后表面反射的兩列光波疊加。在某些位置，這兩列波疊加后相互加強(qiáng)，則出現(xiàn)亮條紋；在另一些地方，疊加后相互削弱，則出現(xiàn)暗條紋。故在單色光照射下，就出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋；若在白光照射下，則出現(xiàn)彩色干涉條紋。(2)用干涉法檢查平面：如圖甲所示，被檢查平面

B與標(biāo)準(zhǔn)樣板A之間形成了一個楔形的空氣薄膜，用單色光照射時，入射光從空氣薄膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋。被檢查平面若是平的，空氣薄膜厚度相同的各點(diǎn)就位于一條直線上，干涉條紋平行；若被檢查表面某些地方不平，那里的空氣薄膜產(chǎn)生的干涉條紋將發(fā)生彎曲，如圖乙所示。(多選)如圖所示，用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來檢查平面N的上表面的平滑情況，觀察到的現(xiàn)象有如圖所示的條紋中的P和Q情況，這說明

(

)A．N的上表面A處向上凸起B(yǎng)．N的上表面B處向上凸起C．N的上表面A處向下凹陷D．N的上表面B處向下凹陷[素養(yǎng)訓(xùn)練]1.如圖所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置，所用的單色光是用普通光加濾光片產(chǎn)生的。檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個表面反射的光疊加而成的

(

)A．a(chǎn)的上表面和b的下表面B．a(chǎn)的上表面和b的上表面C．a(chǎn)的下表面和b的上表面D．a(chǎn)的下表面和b的下表面解析：薄膜干涉是透明介質(zhì)形成厚度與光波波長相近的薄膜的兩個面反射的光疊加而產(chǎn)生的。墊上薄片，a的下表面和b的上表面反射的光波相遇而發(fā)生干涉。答案：C2．為了減少光在透鏡表面由于反射帶來的損失，可在透鏡表面涂上一層增透膜，一般用折射率為1.38的氟化鎂，為了使波長為5.52×10－7m的綠光在垂直表面入射時使反射光干涉相互抵消，求所涂的這種增透膜的最小厚度。一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1．(選自人教版新教材課后練習(xí))在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)P到雙縫S1和S2的路程差為7.5×10－7m，如果用頻率為6.0×1014Hz的黃光照射雙縫，試通過計算分析P點(diǎn)出現(xiàn)的是亮條紋還是暗條紋。2. 劈尖干涉是一種薄膜干涉，如圖所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜，當(dāng)光從上方入射后，從上往下看到的干涉條紋有如下特點(diǎn)：(1)任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定。現(xiàn)若在如圖所示裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光入射到劈形空氣薄膜后，從上往下可以觀察到干涉條紋發(fā)生了怎樣的變化？二、注重學(xué)以致用和思維建模1．礦井中的瓦斯對人危害極大，某同學(xué)查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是他根據(jù)雙縫干涉的原理設(shè)計了一個監(jiān)測儀，在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容器